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Présentation
English
RÉSUMÉ
Cet article est d’abord consacré à la description des différentes classes de nanomatériaux luminescents, qu’il s’agisse de matériaux semi-conducteurs ou d’oxydes métalliques se présentant sous la forme de nanoparticules, de nanofils ou de monofeuillets atomiques. Quelques applications originales, novatrices ou prometteuses de ces nanomatériaux luminescents dans les domaines des technologies de la communication, de l’énergie et de la santé, sont ensuite présentées. Quelques rappels, remarques et conseils sont donnés enfin concernant la législation afférente à la dangerosité et à la manipulation de ces nouveaux matériaux.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Gilles LEDOUX : Chargé de recherche CNRS - Institut Lumière Matière ILM UMR5306, université Lyon 1/CNRS, Villeurbanne, France
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Bruno MASENELLI : Professeur des universités - Institut des nanotechnologies de Lyon, INL-INSA Lyon, Villeurbanne, France
INTRODUCTION
Les nanomatériaux luminescents sont intéressants à deux titres. Ils peuvent présenter des propriétés originales spécifiques à leur taille. Ils peuvent être aussi utilisés comme briques de base à la conception de matériaux macroscopiques complexes. Après plusieurs décennies d’études fondamentales, différentes classes d’objets se sont imposées. Il s’agit par exemple de matériaux à deux dimensions (monofeuillets atomiques) ou de nanoparticules à centre coloré unique, lesquelles sont apparues récemment et portent déjà des perspectives ambitieuses. De fait, si des études fondamentales sont toujours nécessaires et en cours, ces nanomatériaux luminescents entrent à présent dans une seconde phase qui vise à leur utilisation dans des domaines aussi variés que les technologies de l’information et de la communication (nanophotonique), l’énergie (photovoltaïque et photochimique) ou les technologies pour la santé. La première partie de cet article est consacrée à la description générale des processus de luminescence en faisant en particulier la différence entre les phénomènes de luminescence intrinsèque et extrinsèque. Vient ensuite la description des différentes classes de nanomatériaux luminescents existants. Un certain nombre de ces matériaux sont ensuite décrits plus spécifiquement, en particulier ceux qui n’ont pas déjà fait l’objet d’articles dans les Techniques de l’Ingénieur. Un dernier point de cette première partie est la présentation des phénomènes de transferts entre nanomatériaux luminescents qui permettent de faire « dialoguer » les systèmes. Enfin, les applications les plus originales ou prometteuses sont présentées dans la seconde partie de cet article. L’utilisation du « dialogue » entre nanomatériaux luminescents est illustrée au travers de systèmes de conversion photonique pour les applications photovoltaïques et la photocatalyse. Les atouts des nanomatériaux luminescents pour l’éclairage (écran) ou comme marqueur/traceurs et sondes sont enfin présentés.
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Les différentes classes de nanomatériaux luminescents
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5. Glossaire
nanomatériau ; nanomaterial
Matériau dont l’une au moins de ses dimensions est inférieure à 100 nm et dont les propriétés en sont modifiées.
luminescence ; luminescence
Émission de lumière résultant de la désexcitation d’une particule chargée (électron ou trou).
CIGS ; Copper Indium Gallium Selenide (sélénure de cuivre indium gallium)
Alliage semi-conducteur de formule chimique CulnxGa(1-x)Se2. Sa bande d’énergie interdite peut être variée de 1 eV à &, 7 eV selon la valeur de x.
Down conversion ; down conversion
Émission de photons d’énergies plus faibles, donc de plus grandes longueurs d’onde que les photons qui ont servi à l’excitation, l’émission considérée pouvant résulter d’une simple relaxation radiative ou d’un phénomène de transfert d’énergie.
Quantum Cutting ; quantum cutting
Interaction d’un photon avec un milieu dans lequel il est transformé en deux photons d’énergie moitié.
Down shifting ; down shifting
Terme usuel (du domaine photovoltaïque) pour mentionner un type particulier de down conversion reposant sur la photoluminescence avec un grand écart d’énergie entre l’énergie absorbée et celle réémise.
Up conversion ; up conversion
Phénomène d’émission de photons d’énergies plus élevées, donc de longueurs d’onde plus courtes, que les photons qui ont servi à l’excitation, le phénomène considéré pouvant se produire par absorption dans les états excités d’une même espèce luminescente ou par transfert d’énergie entre espèces luminescentes différentes ou de même type.
photocatalyse ; photocatalysis
Action catalytique d’un semi-conducteur induite par l’absorption de photon (lumière. La génération de charge libre (électron et trou) permet l’action du semi-conducteur en catalyse hétérogène (activation d’une réaction chimique à la surface du semi-conducteur).
FRET transfert résonant d’énergie de Förster ; Förster Resonant Energy Transfert
Type de transfert d’énergie résonnant et non radiatif entre deux dipôles en interaction.
théragnostique ;...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LEDOUX (G.), GUILLOIS (O.), PORTERAT (D.), REYNAUD (C.), HUISKEN (F.), KOHN (B.), PAILLARD (V.) - Photoluminescence properties of silicon nanocrystals as a function of their size. - Phys. Rev. B 62, 15942 (2000).
-
(2) - ÖZGÜR (Ü.), ALIVOV (Y.I.), LIU (C.), TEKE (A.), RESHCHIKOV (M.A.), DOĞAN (S.), AVRUTIN (V.), CHO (S.J.), MORKOÇ (H.) - * - . – J. Appl. Phys., 98, 041301 (2005).
-
(3) - HINES (M.A.), SCHOLES (G.D.) - Colloidal PbS Nanocrystals with Size-Tunable Near-Infrared Emission : Observation of Post-Synthesis Self-Narrowing of the Particle Size Distribution. - Adv. Mat. 15, 1844 (2003).
-
(4) - GROSSIORD (C.), VARLOT (K.), MARTIN (J.-M.), LE MOGNE (TH.), ESNOUF (C.), INOUE (K.) - MoS2 single sheet lubrication by molybdenum dithiocarbamate. - Tribology International 31, 737 (1998).
-
(5) - AMANI (M.) et al - Near-unity Photoluminescence Quantum Yield in MoS2 . - Science 350, 1065 (2015).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
« Nanocristaux semi-conducteurs fluorescents. Des nanoparticules aux applications multiples ».
-
« Électroluminescence des matériaux organiques. Principes de base ».
-
« Électroluminescence des matériaux organiques. Technologie ».
-
« Matériaux organiques pour diodes électroluminescentes et Lasers ».
-
*
-
« Matériaux luminescents : Techniques de caractérisation optique et spectroscopique ».
ANNEXES
Institut National de Recherche et de Sécurité (INRS) :
http://www.inrs.fr/risques/nanomateriaux/reglementation.html, consulté le 07/11/2015
European Chemicals Agency (ECHA) : http://echa.europa.eu/fr/regulations/nanomaterials, consulté le 07/11/2015
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Articles L. 523-1 à L. 523-3 du Code de l’environnement.
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